基于LabVIEW的控制原理虚拟实验台开发
基于LabVIEW的虚拟仪器设计与控制技术
基于LabVIEW的虚拟仪器设计与控制技术LabVIEW是一种流行的虚拟仪器设计与控制技术，它是一种由美国国家仪器公司（NI）开发的视觉编程语言。
LabVIEW可以通过图形化的编程界面实现虚拟仪器的设计和控制，具有广泛的应用领域和强大的功能。
虚拟仪器是利用计算机软硬件模拟实际仪器的工作原理和功能，在实验教学、科学研究、工业自动化等领域得到了广泛的应用。
而LabVIEW正是为了方便虚拟仪器的设计与控制而开发的一种专门的工具。
首先，LabVIEW的图形化编程环境使得仪器的设计变得更加直观和易于理解。
传统的编程语言通常是通过文本代码来描述程序的逻辑，而LabVIEW则采用了图形化的编程方式，通过线连接不同的模块来实现程序的流程控制。
这种可视化的编程方式使得运行过程更加直观，能够让设计者更加清晰地了解仪器的整个工作流程。
其次，LabVIEW具有强大的数据处理和分析功能。
LabVIEW提供了丰富的数据处理工具和函数库，可以对实验数据进行处理、分析和可视化显示。
通过LabVIEW，用户可以快速地对数据进行滤波、平均、拟合、傅里叶变换等操作，从而得到所需的结果。
这种强大的数据处理功能使得LabVIEW成为执行复杂实验和科学研究的理想工具。
此外，LabVIEW还具备灵活的虚拟仪器控制能力。
LabVIEW不仅可以通过计算机与实际仪器进行通信，控制实际仪器的工作状态，还可以直接通过硬件信号和传感器进行实时数据采集和反馈控制。
借助于LabVIEW的硬件模块与外围设备的配合，用户能够方便地搭建出一个完整的虚拟仪器系统，实现仪器的自动化控制。
此外，LabVIEW还有及其广泛的应用领域。
LabVIEW可以应用于高校科研实验室、工业控制系统、医疗设备、无线通信、能源管理等各个领域。
在高校科研实验室中，LabVIEW可用于设计各种虚拟实验平台，为学生提供更加灵活、安全和便捷的实验教学环境。
在工业自动化领域，LabVIEW可以用于设计各种自动控制系统，提高生产效率和产品质量。
基于LabVIEW的控制原理虚拟实验台开发----PID文章
系统PID 校正虚拟实验系统 一、PID 校正原理1、 原理概述在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减少系统误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成系统闭环系统不稳定；积分控制可以系统的型别（无差度），有利于提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90度的相位滞后，对系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制器；微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性，但微分控制增加了一个开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。
PID 控制器增加了一个位于原点的开环极点和两个位于s 左半平面的开环零点，可提高系统的稳态性能，改善系统的动态性能。
2、原理框图PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差：对偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)计算后通过线性组合构成控制量，作用于被控对象，其控制规律为：3、 数学模型的建立PID 控制规律的传递函数为2(1)1()(1)p i di c p d i i K TT s T s G s K T s T s T s++=++=式中p i d K T T 、、分别为,比例系数、积分时间常数、微分时间常数比例环节成比例的反映控制系统的偏差信号，一旦产生偏差，控制器就产生控制作用，来减少偏差。
积分环节主要用于消除静态误差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于时间常数i T ，i T 越小，积分作用越强。
微分环节反映偏差信号的变化趋势，在系统中引入一个有效的提前修正信号，来加快系统的动作速度，缩短调节时间。
二、PID 校正虚拟实验系统设计PID 控制器设计的主要任务就是对于用户输入的被控对象，快速地确定比例系数p K 、积分系数i T 和微分系数d T ，使系统满足相应的指标。
1、 Labview 程序设计1） 面板设计启动Labview ，进入仪器编辑环境，建立仪器的面板。
基于LabVIEW的自动控制原理虚拟实验系统设计
2.1 基于 LabVIEW 自动控制原理虚拟实验系统 本文设计的基于 LabVIEW 的自动控制原理虚拟实 验系统界面简单，输入参数方便，点击按钮即可操作。自 动控制原理虚拟实验系统设计了课程中常见的 8 个实 验。具体 LabVIEW 虚拟实验系统包括以下子实验。实 验一：一阶系统时域分析；实验二：二阶系统时域分析；实
总 655 期第十期 2018 年 10 月
河南科技 Henan Science and Technology
信息技术
基于 LabVIEW 的自动控制原理虚拟实验系统设计
吕恩胜
（河南应用技术职业学院机电工程学院，河南 郑州 450042）
摘 要：自动控制原理实验是电气、控制和机械专业学生学习自动控制原理课程的一个重要环节。本文设计
收稿日期：2018-09-16 基金项目：2015 年河南省教育技术装备和实践教育研究项目（GZS003）；河南省职业教育教学改革研究项目 （ZJB17231）。 作者简介：吕恩胜（1981—），男，硕士，副教授，研究方向：电路理论与应用、通信信号处理。
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
2.2 基于 LabVIEW 二阶系统时域分析实验系统
在“自动控制原理”课程中，输入信号为 R(s) ，输出信
号 C(s) ，典型二阶系统，拉普拉斯逆变换得到时域响应结
本文以“自动控制原理”课程中典型二阶系统的瞬态 响应分析为例，阐述实验平台的设计思想和使用方法。 在控制系统中，机械系统的质量-弹簧-阻尼器，电气系统 的电阻-电感-电容等，控制的类型和元件在物理结构上 千差万别，但在微分方程上都是二阶微分系统，即使是高 阶系统，在一定条件下也可以降阶为二阶系统，足见二阶 系统在控制系统中的重要性。接下来以二阶系统的瞬态 响应分析实验子系统。
基于LabVIEW的电子电路虚拟实验平台设计与实现
实现实验设计过程。
图1实验平台基本框架用支路电流法可以验证基尔霍夫电流定律,基尔霍夫电流定律的对于任一集总电路中的任一节点,在任一时刻该节点的所有支路电流的代数和为零。
所以可以根据基尔霍夫电流定律的基本内容来设计支路电流法实验。
利用在前面板上放置8个数值型输入控件电压,且数值均可以调整。
然后在前面板放置用来显示5条支路上的电流。
通过修饰控件建立电路图,如图2所示。
图2支路电流法前面板在程序框图界面可以对放置的输入控件进行数值运算。
应用基尔霍夫电流定律,列出方程组如下:I1+I2-I3=0I4+I5-I3=0R1*I1-R2*I2=Us1-Us2R5*I5-R4*I4=-Us3R2*I2+R3*I3+R4*I4=Us2使用MathCript节点生成线性方程组的系数和已知向量[3],。
利用选项卡控件可以添加实验目的和实验步骤,通过程序的调试和几次实验验证,实验结果可靠准确,支路电流法实验设计完毕将设计的5个实验添加到一个容器中,LabVIEW里面的函数就可以调用VI(虚拟仪器)。
生成的菜单如图3所示。
图3虚拟实验平台主界面结语随着虚拟仪器技术的发展,传统仪器设备寿命周期短以及不利于资源共享的缺点愈来愈凸显。
结合我校实际,本文设计了我校电子电路虚拟实验平台,经过不断的调试已成功用于实际实验中,且实验效果较好。
后续我们将继续完善该虚拟实验平台并在适当范围内进行推以期获得更好的教学改革效果。
【参考文献】吴俊.基于LabVIEW的虚拟实验室研究[D].南昌:南昌大学,2012.李静.LabVIEW2013完全自学手册[M].北京:化学工业出版社,2015.司慧玲.基于LabVIEW的虚拟电工与电子实验的设计[D].南京:南京理工大,2012.[责任编辑:朱丽娜吉首大学2016年实验教学改革研究项目(2016SYJG004)。
廖柏林(1981—),男,湖南衡阳人,博士,副教授篇。
基于LabVIEW的控制原理虚拟实验平台
项目平台
基于LabVIEW的控制原理虚拟实验平台
* 质量-弹簧-阻尼系统 * 液压随动系统 * 球杆系统
质量-弹簧-阻尼系统
可视化编程工具: Picture控件及绘图函数
分析运算工具:Control Design 工具包
G ( s) =
Y (s) 1 = 2 F ( S ) ms + cs + k
Using LabVIEW
------To make control theory learning more interesting Wang Heng sheng Central South University, China
经典控制理论 教学方法 系统的建模问题 系统的时间响应分析 系统的频率响应分析 系统的 控制问题 系统的稳定性问题 项目平台1 项目平台2 项目平台3
说明
本文档由整理人员从网络、 相关书籍等来源整理得到的， 旨在为 相关专业人员、学生、爱好者相互交流学习提供一些资料，其中的不 完善之处或者错误在所难免， 不可尽信， 希望阅读人员能通过阅读发 现并自行纠正不正确之处。 版权归作者所有， 本文档不得私自用于商业用途。 其中可能产生 的问题与整理人员无关。
⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟⋅U ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
LabVIEW前面板
分析运算工具:ODE Runge Kutta 4th Order 主要功能: *PID控制规律研
究 *控制器的设计 练习
球杆系统
程序演示……
The End of Using LabVIEW
Thank you for your attention
LabVIEW前面板
主要功能: *典型输入信号
作用下的系统响 应过程 *系统频率特性 的绘制过程
基于LabVIEW的控制原理虚拟实验台开发-----二阶系统
基于LabVIEW的控制原理虚拟实验台开发-----⼆阶系统⼆阶系统时域分析虚拟实验系统⼀、⼆阶系统时域分析原理能⽤⼆阶微分⽅程描述的系统为⼆阶系统。
它在控制⼯程中的应⽤⼗分⼴泛，此外，许多⾼阶系统在⼀定的条件下，常常近似地作为⼆阶系统来研究。
1、数学模型⼆阶系统的运动⽅程⼀般具有以下⼀般形式22()()2()()d c t dc t T T c t r t dt dtζ++=式中，ζ为⼆阶系统阻尼⽐，⽆量纲；T 为⼆阶系统时间常数，单位为秒。
对上式进⾏拉⽒变换的⼆阶系统的传递函数为 22()1()()21C s s R s T s Ts ζΦ==++ 引⼊参数1Tω=，称作⼆阶系统的⽆阻尼⾃然振荡⾓频率，单位为rad/s 。
传递函数变为 222()()()2n n n C s s R s s s ωζωωΦ==++ ⼆阶系统的结构框图如下所⽰2、单位阶跃响应对于单位阶跃输⼊()1()r t t =，1()R s s=，于是 2222221()(2)2n n n n n n s C s s s s s s s ωζωζωωζωω+==-++++212()()n s s s s s ω=-- 求其拉⽒反变换可得到⼆阶系统的单位阶跃响应。
当ζ为不同值时，⼆阶系统的特征根在s 平⾯上的位置不同，所对应的响应就具有不同的形式。
a ζ=0 (零阻尼)222221()()n n n sC s s s s s ωωω==-++ 时域响应为 ()1cos n c t t ω=- (0)t ≥ b ζ>1 (过阻尼)2221()2n n ns C s s s s ζωζωω+=-++ 此时，1,2(n n s ζωωζω=-±=- 可见系统具有两个不相等的负实数极点。
于是，系统单位阶跃响应为12//2121()1/1/1t T t T e e c t T T T T --=++--式中，1T =；2T =c ζ=1（临界阻尼）222211()(2)()n n n n n n C s s s s s s s ωωζωωωω==--++++ 因此， ()1n n tt n c t ete ωωω--=-- (0)t ≥，此时闭环系统的两个极点是1,2n s ω=-。
LabVIEW中的虚拟仪器设计和开发
LabVIEW中的虚拟仪器设计和开发LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款由国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程平台，用于虚拟仪器设计和开发。
本文将介绍LabVIEW中的虚拟仪器设计和开发的基本原理、应用场景以及开发流程。
一、LabVIEW虚拟仪器设计的基本原理在LabVIEW中，虚拟仪器是由各种测量和控制模块组成的图形化程序，它们模拟了真实世界中的各种仪器和设备。
LabVIEW通过将这些模块连接起来形成数据流图（Dataflow Diagram），实现了虚拟仪器的设计和开发。
虚拟仪器的设计和开发过程中，首先需要选择和配置合适的模块，例如传感器、数据采集卡、执行器等。
然后利用LabVIEW提供的各种模块库，通过简单的拖拽、连接和配置，实现虚拟仪器中各个模块之间的功能关联。
LabVIEW的编程语言是一种图形化语言，称为G语言（G-language）。
用户可以使用G语言来编写虚拟仪器的程序，利用各个模块的输入和输出来实现数据采集、信号处理、控制执行等功能。
G语言的编程方法与传统的文本编程语言有所不同，它更加直观、易于理解，即使是对于没有编程经验的用户也能够很快上手。
二、LabVIEW虚拟仪器设计的应用场景LabVIEW的虚拟仪器设计和开发广泛应用于各个领域的科学研究、工程实验和生产制造等环节。
以下是几个典型的应用场景：1. 科学实验室：LabVIEW可以用于设计和开发各种科学实验的虚拟仪器，例如物理实验、化学实验、生物实验等。
通过LabVIEW可以实现实时数据采集、信号处理、曲线绘制、数据分析等功能，帮助科学家和研究人员更好地进行实验和研究工作。
2. 工程测试：LabVIEW可以作为工程测试的核心工具，用于开发各种测试仪器的虚拟化解决方案。
它支持多种通信协议和接口，可以与各种传感器、仪器和设备进行数据交互。
基于LabView的控制工程虚拟实验平台设计
基于LabView的控制工程虚拟实验平台设计作者：王萌来源：《科技与创新》2017年第12期摘要：《控制工程基础》在理工科高校中扮演着重要角色，然而由于其复杂的数学计算模型和较强的理论性，学生学习起来尤为困难。
为了培养学生分析系统、设计系统的能力，课题设计了一套基于LabView软件的控制工程虚拟实验平台。
该平台集成了控制理论中的典型模型，且将其巧妙集成为目录形式再生成可执行文件，允许用户在不安装LabView开发系统的情况下运行该VI。
此平台操作灵活，易于扩展，具有一定的实验教学价值。
关键词：控制工程；LabView；系统仿真；实验教学中图分类号：TP15 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.12.025《控制工程基础》是高等理工科院校一门重要的专业基础课程，理论性强，数学计算和分析的要求比较高，需要学生掌握系统参数变化对系统性能的影响，从而达到分析系统、设计系统的目的。
为了培养学生这方面的能力，除了理论教学外，实验教学也是其中不可缺少的环节。
在硬件实验台上，同学们可以实际搭建电路，一方面，锻炼自己的动手能力，另一方面，通过搭建电路能加深对实验原理的理解。
由于实验设备本身老化或其他问题，会让实验结果存在很大误差，所以，有必要开发虚拟实验台实现计算机模拟演示，以此作为对硬件实验的补充。
本课题设计了一套基于LabView软件的控制工程虚拟实验平台，该平台集成了控制理论中的典型模型，可以连续任意地改变参数观测实验现象，更有利于学生对知识点的理解，且将其巧妙地集成为目录形式再生成可执行文件，允许用户在不安装LabView开发系统的情况下运行该VI。
1 系统方案介绍利用LabView软件专业版的控制系统与仿真工具包中的部分模块开发控制工程各个实验模块，并形成目录。
其涵盖了《控制工程基础》课程的内容包括典型环节，一、二阶系统，高阶系统数学模型的建立，时域分析，频域稳定性研究，系统的校正，非线性系统和线性离散系统的分析以及典型特例仿真。
基于LabVIEW的虚拟仪器控制系统设计
基于LabVIEW的虚拟仪器控制系统设计LabVIEW是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程语言和集成开发环境，广泛应用于虚拟仪器控制系统的设计与开发。
虚拟仪器是指通过软件模拟实际仪器的功能，实现数据采集、信号处理、控制等操作，具有灵活性高、成本低、易于扩展等优点。
本文将介绍基于LabVIEW的虚拟仪器控制系统设计的相关内容。
1. LabVIEW简介LabVIEW是一种基于图形化编程的开发环境，主要用于测试、测量和控制应用程序的开发。
用户可以通过拖拽和连接图形化元件来编写程序，而不需要深入了解底层的编程语言。
LabVIEW提供了丰富的函数库和工具包，可以方便地进行数据采集、信号处理、控制算法设计等操作。
2. 虚拟仪器控制系统设计流程2.1 系统需求分析在设计虚拟仪器控制系统之前，首先需要进行系统需求分析。
这包括确定系统的功能模块、硬件接口要求、性能指标等方面的需求。
通过与用户充分沟通，明确系统设计的目标和范围，为后续的设计工作奠定基础。
2.2 系统架构设计在系统架构设计阶段，需要考虑系统整体结构、模块划分、数据流向等问题。
合理的系统架构可以提高系统的可维护性和扩展性，降低系统开发和维护成本。
在LabVIEW中，可以利用虚拟仪器控制面板和图形化编程环境来实现系统架构设计。
2.3 软件模块设计根据系统需求，将整个虚拟仪器控制系统划分为若干个功能模块，并设计每个模块的具体实现方案。
在LabVIEW中，可以通过建立子VI （Virtual Instrument）来实现不同功能模块之间的交互和通信。
每个子VI对应一个特定的功能，通过调用和组合不同的子VI可以完成整个系统的功能。
2.4 界面设计与优化虚拟仪器控制系统的用户界面设计至关重要。
一个直观友好的界面可以提高用户体验，减少操作误差。
在LabVIEW中，可以通过自定义控件、布局调整、颜色搭配等方式来设计界面，并利用LabVIEW提供的图形化工具进行界面优化。
使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和开发
使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和开发虚拟仪器是一种通过软件模拟实际仪器的工具，它能够进行各种信号的采集、处理和控制。
而LabVIEW作为一种专业的虚拟仪器设计和开发工具，赋予用户以强大的功能和灵活性。
本文将介绍如何使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和开发。
一、LabVIEW介绍LabVIEW是National Instruments公司开发的一款虚拟仪器软件，它提供了丰富的图形编程工具和模块化的设计界面。
用户可以通过拖拽和连接各种功能模块，灵活地搭建自己的虚拟仪器。
LabVIEW支持多种编程语言和硬件设备，使得虚拟仪器的开发更加简便和高效。
二、LabVIEW的特点1. 图形化编程：LabVIEW采用图形化的编程方式，用户只需将各个功能模块拖拽到主程序中并连接，无需编写复杂的代码。
这种直观的编程方式使得虚拟仪器的设计更加容易上手。
2. 多种数据处理工具：LabVIEW内置了多种数据处理工具，如滤波、FFT变换、曲线拟合等。
用户可以根据实际需求选择合适的工具进行信号处理，提高数据分析的准确性和效率。
3. 硬件支持广泛：LabVIEW支持多种硬件设备，包括数据采集卡、信号发生器、示波器等。
用户可以通过LabVIEW与硬件设备进行无缝连接，实现虚拟仪器的控制和数据采集。
4. 可视化界面：LabVIEW提供了强大的界面设计工具，用户可以自定义虚拟仪器的外观和交互方式。
这使得虚拟仪器更加友好和易于操作，提高用户的使用体验。
三、LabVIEW的应用1. 测试与测量：LabVIEW可以用于各种测试与测量场景，如电子设备的测试、传感器的校准等。
用户可以通过LabVIEW设计测试程序，并实时监测和记录测试数据，提高测试的效率和准确性。
2. 控制系统：LabVIEW可以用于各种控制系统的设计与开发，如机器人控制、工业自动化等。
用户可以通过LabVIEW编写控制算法，并与硬件设备进行实时通信，实现系统的自动化控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
而二阶系统的幅值裕必为 + ∞. 相角裕度小的
原因 ,是因为待校正系统的对数幅频特性中频区
的斜率为 - 40 dB / dec. 由于截止频率和相角裕度
均低于指标要求 ,故采用串联超前校正合适.
本实验系统采用超前网络式 ( 1) ,通过对几个
参数滑动连续调节后选取三个参数为 K = 0. 84,τ
图 1 虚拟实验台人机界面
该虚拟实验系统具有实验界面简单 、参数改 变方便等特点. 通过课堂上的模拟实验 ,可以更好 地帮助学生理解 、消化 、吸收所学内容 ,重点解决 教学及实验过程中的一些难点问题 ,如时域分析 、
收稿日期 : 2009 - 07 - 06 作者简介 :高兴泉 (1976 - ) ,男 ,吉林松原人 ,吉林化工学院副教授 ,博士 ,主要从事非线性系统控制 、预测控制等方
图 8 MATLABB 仿真闭环阶跃响应曲线
图 9 La bV IEW 仿真闭环阶跃响应曲线
由图 8和图 9可以看出 ,在两种软件中的单 位阶跃响应曲线是基本一样的. 分析表 1和表 2, 对比可以看出两者数据基本吻合 ,故 LabV IEW 和 MATLAB 的仿真精度基本一致.
4 结 论
“自动控制原理 ”是工科院校的一门重要的 技术基础课程 ,有着本身的特点 ,往往需要让学生 掌握系统参数变化对系统性能的影响 ,从而达到 分析系统 、设计系统的目的. 为了培养学生这方面 的能力 ,除了理论教学外 ,实验教学也是其中不可 缺少的环节 [ 1 ]. 在硬件实验台上 ,若要频繁改变 相应参数或结构 ,必须大量更换或调整相应元器 件 ,但由于实验设备本身老化或资金紧张问题 ,这 方面实现起来比较困难 ,因此仅仅进行硬件实验 有很大的局限性 ,有必要开发虚拟实验台实现计 算机的模拟演示来作为硬件实验前的补充 [ 2 - 4 ] , 并在有条件的基础上将其和实际硬件结合起来. MATLAB 是一种常用的开发仿真实验平台的工 具 ,但它对参数动态连续调整的实现方面有一定 的困难 ,并仅限于软件模拟 ,不易将起和硬件连接 起来 ,实验效果并不很理想. 采用 LabV IEW 开发 虚拟实验系统的最大特点就是能够连续滑动调整 参数 ,从而大大提高设计效率 ,若结合第三方公司 提供的数据采集卡 ,对虚拟实验系统稍加改动就 能够实现既可以在课堂上进行模拟实验 ,又能结 合学校原有的硬件电路设备进行硬件实验的综合 实验系统 ,可以显著提高教学和实验效果 [ 5 ] . 本 文就介绍了基于 LabV IEW 开发的自动控制原理 虚拟实验台.
本文介绍了基于 LabV IEW 开发的自动控制 原理虚拟实验系统. 该实验系统人机界面友好 ,使
参考文献 :
[ 1 ] 程 鹏. 自动控制原理实验教程 [M ]. 北京 :清华大 学出版社 , 2008.
[ 2 ] 杨小英 ,李 瑾 ,郑明方. 虚拟仪器在自动控制原理 实验课中的应用 [ J ]. 实验室研究与探索 , 1998 ( 4) : 382 - 391.
1 虚拟实验台主要构成
基于 LabV IEW ,开发了“自动控制原理 ”中常 见的 7个典型实验的虚拟实验台 [ 6 ] :
实验一 :典型二阶系统的时域分析 ; 实验二 :线性系统频域分析 ; 实验三 :比例微分与测速反馈系统比较 ; 实验四 :线性系统常规根轨迹分析 ; 实验五 :线性系统串联校正 ; 实验六 :线性系统 P ID 控制 ; 实验七 :线性定常系统状态反馈控制. 其人机界面如图 1所示.
图 3 线性系统串联校正界面
利用该实验平台可以方便地设定需要串联校 正的线性系统 ,并按要求选择合适校正装置. 确定 校正装置的结构和相应参数后 ,原系统 、校正后系 统的时域性能指标 、频域性能指标都可在面板中 相应的位置中显示出来 ,同时可观察校正前后时 域响应曲线的对比以及频域 bode曲线 (包括对数
[ 5 ] 张 桐 ,陈国顺 ,王正林. 精通 LabV IEW 程序设计 [M ]. 北京 :电子工业出版社 , 2008.
[ 6 ] 胡寿松. 自动控制原 理 [M ]. 北 京 : 科 学 出 版 社 , 2008.
D evelopm en t of v irtua l exper im en t system for automa tic con trol theory ba sed on LabV IEW
= 0.
68,α = 0.
27,
这时截止
频率
ω c
= 4.
408 rad / s
> 4. 4 rad / s, 相角裕度 r = 45. 331°> 45°, 稳态误
差 ess ( ∞) = 0 < 0. 1 rad, 满足条件. 对数幅频特性 曲线和对数相频特性曲线分别如图 4,图 5所示.
图 6 MATLAB 仿真校正前对数频率特性曲线
本文验证实例为 :控制系统为单闭环系统 ,开
环传递函数为
s
(
10 s+
1)
,
要求系统在单位斜坡输入
信号作用时 ,位置输出稳态误差 ess ( ∞) ≤0. 1 rad, 开环系统截止频率为 ω″c ≥4. 4 rad / s, 相角裕度 r″ ≥45°,幅值裕度 h″≥10 dB.
经计算待校正系统的相角裕度为 r = 17. 9°,
基于 LabV IEW 的控制原理虚拟实验台开发
高兴泉 1 ,王炳刚 2 ,何 峰 1
(1. 吉林化工学院 信息与控制工程学院 ,吉林 吉林 132022; 2. 中油集团公司 吉林油田试油测试公司 ,吉林 松原 138000)
摘要 : 基于 LabV IEW 软件开发了自动控制原理课程中几个典型实验的虚拟实验台 ,并以串联校正实验 为例详细介绍了实验台的构成和特点 ,同时具体阐述了其实现过程 ,最后通过 MATLAB 验证了 Lab2 V IEW 实现的正确性和准确性. 关 键 词 : 虚拟实验台 ; LabV IEW ;控制原理实验 ;串联校正 中图分类号 : TN 06 文献标识码 : A
Gc ( s)
=
K·β·
τs + 1 ατs + 1
·
τs + 1 βτs + 1
,
0 <α≤1,β≥1.
首先设计实验子系统的实验界面. 根据实验
需要 ,在前面板上添加必要的数据输入控件和输
出控件 、程序说明标签 、程序控制按钮及实验结果
显示控件 ,得到的前面板如图 3所示.
说明 : ①校正装置设置和其参数调节 ; ②校正前系统传递函数 ; ③校正前系统传递函数设置 ; ④校正装置选择 ; ⑤原 系统 、校正后系统 、校正装置的对数幅频特性曲线 ; ⑥原系统 、校正后系统 、校正装置的对数相频特性曲线 ; ⑦校正前 后系统时域阶跃响应曲线 ; ⑧校正前系统频域性能指标 (包括截止频率 、穿越频率 、幅值裕度 、相角裕度 ) ; ⑨校正前 系统频域性能指标 ; ⑩校正前后系统时域性能指标 。
Abstract: The virtual experiment system , virtual workbench, based on LabV IEW is p roposed and imp lemented in this paper. It consists of seven typ ical experiments in automatic control theory. Taking cascade compensation as the examp le, the structure and features of the virtual workbench, as well as its imp lementation p rocess are introduced in detail. Finally, the correctness and p recision of the design w ith LabV IEW are validated by MAT2 LAB. Key words: virtual workbench; LabV IEW ; control p rincip le experim ent; cascade compensation
面的研究.
64
吉 林 化 工 学 院 学 报
2009年
频域分析 、根轨迹及控制器设计相关知识等. 下面 ,以串联校正实验子系统为例详细介绍
实验平台构成以及实现过程.
2 串联校正实验系统的实现及应用
对于一个控制系统 ,若它的性能指标不能满 足要求 ,则需要对其结构或参数进行调整 ,即所谓 的系统校正. 一般来说 ,串联校正设计相对来说结 构简单 ,也比较容易对信号进行必要形式的变 换 [ 6 ]. 图 2为一加串联校正后系统的方框图. 图中 校正装置 Gc ( s)是与被控对象 Go ( s)串联连接.
GAO X ing2quan1 ,WAN G B ing2gang2 , HE Feng1
(1. College of Information &Control Engineering, J ilin Institute of Chem ical Technology, J ilin City 132022, China; 2. W ell Test Company of J ilin O ilfield, J ilin SongYuan 138000, China)
幅频特性曲线 、对数相频特性曲线 )的对比等 ,这 样可对校正效果有直观 、全面的了解. 该平台最大 的特点是其中的参数调节均采用滑动连续调节方 式 ,在调节的过程中 ,性能指标计算和曲线的显示 都是实时随动的 ,这避免了在校正过程中不断选 择试探不同的参数 ,再计算相应指标的复杂过程 ,
第 4期
高兴泉 ,等 : 基于 LabV IEW 的控制原理虚拟实验台开发